[发明专利]像素级模数转换电路、模数转换器及红外探测设备

权利要求书

1.一种像素级模数转换电路，其特征在于，所述模数转换电路包括：振荡单元、时序控制单元、计数单元以及读出单元；

所述振荡单元接收光电流，并根据所述光电流的大小，产生对应的振荡周期信号，不同大小的光电流对应的振荡周期信号的频率不同；

所述时序控制单元接收所述振荡周期信号和积分信号，并产生粗量化采样信号和细量化采样信号；

所述计数单元对所述积分信号有效时的振荡周期信号的振荡次数进行计数，且在所述粗量化采样信号有效时，记录计数结果，得到粗量化结果并传至所述读出单元；

所述计数单元在所述细量化采样信号有效时，接收全局格雷码计数器的计数结果，作为细量化结果并传至所述读出单元；

所述读出单元将所述粗量化结果和所述细量化结果输出至像素外。

2.根据权利要求1所述的模数转换电路，其特征在于，所述注入光电流的大小与所述振荡周期信号的振荡频率f之间的关系为：

f∝kI_s

上式中，IS表示注入光电流的大小，k表示正比例系数；

所述振荡周期信号的频率f与所述光电流的大小呈线性关系，根据电荷守恒有下式：

I_s×T＝N×Q_u

上式中，T表示积分信号的有效时长，即积分时间，N表示所述积分信号有效时的振荡周期信号的振荡次数，即所述粗量化结果，Q_u表示所述振荡单元振荡一次所转移的电荷量。

3.根据权利要求2所述的模数转换电路，其特征在于，所述帧周期信号为所述积分信号经过所述振荡周期信号同步之后产生的信号；

所述帧周期信号与所述积分信号之间的差值，表征粗量化的转换误差，定义该粗量化的转换误差为偏差时长；

所述偏差时长的大小，随所述光电流的大小变化。

4.根据权利要求3所述的模数转换电路，其特征在于，所述全局格雷码计数器设置于所述模数转换电路外，全部像素共用；

所述全局格雷码计数器利用一个高频主时钟作为自身的计数时钟；

所述全局格雷码计数器对所述偏差时长进行计数，并将所述计数结果通过总线传输至所述计数单元。

5.根据权利要求3所述的模数转换电路，其特征在于，在每一个周期开始时，复位信号高电平有效；

所述复位信号变为低电平时，所述积分信号变为高电平，所述振荡单元接收所述光电流，产生所述振荡周期信号并发送至所述时序控制单元；

所述时序控制单元接收所述振荡周期信号和所述积分信号，经逻辑控制，产生所述粗量化采样信号和所述细量化采样信号，且两者均为高电平有效。

6.根据权利要求5所述的模数转换电路，其特征在于，所述积分信号高电平持续时长即为所述积分信号的有效时长，所述积分信号的下降沿即为积分结束；

所述帧周期信号是在经过所述振荡周期信号同步后得到的信号，所述帧周期信号的下降沿与所述振荡周期信号的上升沿对齐。

7.根据权利要求6所述的模数转换电路，其特征在于，所述时序控制单元控制所述粗量化采样信号在所述帧周期信号的下降沿变为高电平，并持续所述振荡周期信号的半个周期时长；

所述时序控制单元控制所述细量化采样信号在所述帧周期信号的下降沿变为高电平，所述细量化采样信号为一个短脉冲。

8.根据权利要求3所述的模数转换电路，其特征在于，基于所述偏差时长，得到所述细量化结果的表达式为：

I_s×(T+ΔT)＝N×Q_u

ΔT＝N_L×T_L

其中，ΔT为偏差时长，N_L细量化结果，T_L为所述全局格雷码计数器的高频时钟周期。

9.一种像素级模数转换器，其特征在于，所述像素级模数转换器包括如权利要求1-8任一所述的像素级模数转换电路。

10.一种红外探测设备，其特征在于，所述红外探测设备包括如权利要求1-8任一所述的像素级模数转换电路。